湖南省月度衛(wèi)片執(zhí)法監(jiān)測(cè)影像覆蓋率統(tǒng)計(jì)與分析

譚思源，鄒健健，肖祥紅，鐘淑芬

摘 要 本文通過(guò)湖南省各縣、區(qū)2020年7月至2021年6月影像覆蓋率的平均數(shù)、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)與分析，發(fā)現(xiàn)湖南省月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)正射影像覆蓋率整體表現(xiàn)較好;但不同的區(qū)域，覆蓋率有明顯差異，具備“北高南低、東高西低”的特征，且不同時(shí)間段也呈現(xiàn)不同覆蓋率表現(xiàn)。利用這些分析結(jié)果能有效指導(dǎo)月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)影像在不同時(shí)間和空間的供給，實(shí)現(xiàn)“月發(fā)現(xiàn)、月預(yù)警、月處置”工作初衷。

關(guān)鍵字 月度衛(wèi)片;執(zhí)法監(jiān)測(cè);影像覆蓋率;統(tǒng)計(jì)

中圖分類號(hào)：P237 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Statistics and Analysis of Coverage rate of Monthly Law Enfor-Cement Monitoring Satellite Images in Hunan Province

Tan Siyuan ， Zou Jianjian ， Xiao Xianghong ， Zhong Shufen

（The Second Surveying and Mapping Institute of Hunan Province， Changsha Hunan 410119）

Abstract： Based on the statistical analysis of the average， median and standard deviation of the image coverage rate of each county and district in Hunan Province from July 2020 to June 2021， we found that the overall performance of orthographic image coverage rate of monthly satellite image monitoring in Hunan Province was relatively good. However， there are significant differences in coverage in different regions. It has the characteristics of "high in the north and low in the south， high in the east and low in the west"， and different coverage performance is presented at different time periods. Using these analysis results， we can effectively guide the supply of monthly surveillance images in different time and space， and realize the original intention of "monthly discovery， monthly warning and monthly disposal".

Keywords： monthly satellite image; law enforcement monitoring; ratio of image coverage; statistics

為貫徹落實(shí)黨中央用最嚴(yán)格制度、最嚴(yán)密法治保護(hù)資源的精神，切實(shí)履行“兩統(tǒng)一”職責(zé)，充分發(fā)揮衛(wèi)片在日常執(zhí)法中及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)制止和秩序評(píng)價(jià)方面的作用，湖南省自然資源廳在國(guó)家季度衛(wèi)片基礎(chǔ)上，開展“月發(fā)現(xiàn)、月預(yù)警、月處置”的衛(wèi)片執(zhí)法工作[1];在已有建設(shè)用地審批手續(xù)范圍外，以區(qū)、縣為單位，使用當(dāng)月采集的最新遙感數(shù)據(jù)，制作覆蓋全省的土地利用遙感正射影像圖，與年度土地利用變更調(diào)查影像（前時(shí)相）套合、對(duì)比，提取兩期影像上疑似新增建設(shè)用地圖斑（與國(guó)家衛(wèi)片重合圖斑不提取），形成每月疑似新增建設(shè)用地圖斑，上傳到湖南省違法用地監(jiān)管信息系統(tǒng)，開展湖南省月度衛(wèi)片執(zhí)法工作。

作為“后時(shí)相”的當(dāng)月影像成果來(lái)自于湖南省遙感統(tǒng)籌影像工作。湖南省為規(guī)范全省遙感影像數(shù)據(jù)管理，促進(jìn)遙感影像數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用，避免重復(fù)采購(gòu)，啟動(dòng)了遙感影像統(tǒng)籌工作，其能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星資源一站式目錄檢索全球80余顆遙感衛(wèi)星影像，為月度衛(wèi)片執(zhí)法遙感影像數(shù)據(jù)提供了有力的保障[2]。

本文通過(guò)對(duì)湖南省各縣、區(qū)2020年7月至2021年6月影像覆蓋率的平均數(shù)、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差的統(tǒng)計(jì)與分析，探索衛(wèi)片影像在不同時(shí)間段和空間位置的覆蓋特征，為后續(xù)的月度執(zhí)法工作的影像供給方面提供指導(dǎo)建議。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

湖南省下轄14個(gè)地級(jí)行政區(qū)，共122個(gè)縣級(jí)區(qū)劃;各縣、區(qū)正射影像均由常見的國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星遙感影像制作而成，如高分一號(hào)、高分二號(hào)、資源三號(hào)、北京一號(hào)、吉林一號(hào)等;本文所涉及的影像覆蓋率由湖南省月度衛(wèi)片執(zhí)法監(jiān)測(cè)工作所提供影像實(shí)際覆蓋面積統(tǒng)計(jì)得來(lái)（見表1）;本文所指的行政區(qū)是指縣級(jí)行政區(qū)，采用的行政區(qū)面積數(shù)據(jù)及行政區(qū)代碼來(lái)自于第三次國(guó)土調(diào)查;所統(tǒng)計(jì)、分析的對(duì)象為2020年7月至2021年6月各行政區(qū)影像覆蓋率。

2 用于統(tǒng)計(jì)與分析的指標(biāo)

分析過(guò)程中所利用的基本指標(biāo)及意義如下：

全省月度覆蓋率平均值（Aa）：即某月122個(gè)行政區(qū)影像覆蓋率算術(shù)平均值，用其表征該月湖南省整體影像覆蓋情況;平均值越高，整體覆蓋率越好。各行政區(qū)覆蓋率年度平均值（As）類似，即某行政區(qū)12個(gè)月影像覆蓋率的算術(shù)平均值;平均值越高，該行政區(qū)12個(gè)月以來(lái)影像覆蓋得較好。

全省月度覆蓋率中位數(shù)（ma）：即某月122個(gè)行政區(qū)影像覆蓋率中位數(shù)，用其衡量影像覆蓋率集中趨勢(shì);中位數(shù)越大，表示高覆蓋率的行政區(qū)越普遍。各行政區(qū)覆蓋率年度中位數(shù)（ms）類似，即某行政區(qū)12個(gè)月影像覆蓋率中位數(shù);中位數(shù)越高，該行政區(qū)12個(gè)月以來(lái)高影像覆蓋的月份越多。

全省月度覆蓋率標(biāo)準(zhǔn)差（σa）：即某月122個(gè)行政區(qū)影像覆蓋率標(biāo)準(zhǔn)差;用其衡量該月各個(gè)行政區(qū)影像覆蓋穩(wěn)定性;標(biāo)準(zhǔn)差越小，各行政區(qū)影像覆蓋率差異小。各行政區(qū)覆蓋率年度標(biāo)準(zhǔn)差（σs）類似，即某行政區(qū)12個(gè)月影像覆蓋率標(biāo)準(zhǔn)差;標(biāo)準(zhǔn)差越小，該行政區(qū)每個(gè)月影像覆蓋差異小。

皮爾遜相關(guān)系數(shù)r：用于度量2個(gè)變量之間的線性相關(guān)程度，其值介于-1與1之間，當(dāng)系數(shù)越接近1時(shí)，2個(gè)變量組成的數(shù)據(jù)點(diǎn)離某條可描述的直線方程越近。

3 數(shù)據(jù)分析

本文對(duì)正射影像覆蓋率的統(tǒng)計(jì)與分析從以下2個(gè)角度出發(fā)：

（1）逐月統(tǒng)計(jì)全省正射影像覆蓋率，計(jì)算其平均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差以及高覆蓋率占比等特征，從整體上分析湖南省正射影像覆蓋率年度特征;

（2）逐行政區(qū)統(tǒng)計(jì)其正射影像覆蓋率，計(jì)算各行政區(qū)12個(gè)月內(nèi)覆蓋率平均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差以及高覆蓋占比等特征，從各個(gè)行政區(qū)角度出發(fā)分析覆蓋率的空間特征。

3.1 全省正射影像覆蓋特征

（1）針對(duì)122個(gè)行政區(qū)影像覆蓋率進(jìn)行逐月統(tǒng)計(jì)，獲得的平均值、中位數(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)差結(jié)果如表2所示。

從表2中可知，2020年7月、2020年10月以及2021年4月出現(xiàn)了覆蓋率極低值;7月份的極低值是由于監(jiān)測(cè)工作處于起步階段，工作方式、方法還在探索中，故存在影像資料收集不全的情況，在統(tǒng)計(jì)工作中屬于固有異常體現(xiàn)，仍具備統(tǒng)計(jì)意義;而同年10月以及2021年4月情況則不同，其屬于工作已走上正軌，因天氣原因收集不到影像資料，以致正射影像覆蓋率極低，這種情況屬于數(shù)據(jù)偶然偏離，在評(píng)估整體趨勢(shì)和特征會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響。

去除2020年10月及2021年4月異常值后，對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行折線化可看出（見圖1）：從2020年7月開始，Aa在不同的月份存在著波動(dòng)，但整體上升的趨勢(shì)明顯;Aa雖然有起有伏，但低值也接近70%。同時(shí)，自2020年9月始，ma均保持著高水準(zhǔn)，表明在這些月份中，最少超過(guò)半數(shù)的行政區(qū)保持著較好的影像覆蓋率。而σa起伏較大，如2020年9月份σa高達(dá)0.38，說(shuō)明該月各行政區(qū)的影像覆蓋率不平衡，部分行政區(qū)覆蓋全面，部分行政區(qū)覆蓋稀少;2021年3月與2021年6月，σa為0，則該月各行政區(qū)影像覆蓋率做到了“雨露均沾”，數(shù)據(jù)也證明，這兩個(gè)月各行政區(qū)覆蓋率達(dá)到了100%?？梢钥闯?，盡管不同月份，各行政區(qū)影像覆蓋率存在一定的差異及波動(dòng)，但整體上仍保持著較高的覆蓋率，能有效完成月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)工作職責(zé)職能。

（2）將2020年7月至2020年12月作為上期統(tǒng)計(jì)周期，2021年1月至2021年6月作為本期統(tǒng)計(jì)周期（見表3），兩者進(jìn)行環(huán)比。覆蓋率平均值環(huán)比增長(zhǎng)48.13%，中位數(shù)平均值環(huán)比增長(zhǎng)61.09%，可以看出，上半年影像覆蓋率明顯要好于下半年，增長(zhǎng)突出;這也表明，第三、四季度的月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)影像的獲取需提前部署，拓寬獲取渠道，進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，能讓月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)工作更上一個(gè)臺(tái)階。

（3）為直觀評(píng)估覆蓋率，可將影像覆蓋率分為3個(gè)級(jí)別，每個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的影像覆蓋率如表4所示。根據(jù)日常衛(wèi)片監(jiān)測(cè)工作經(jīng)驗(yàn)，覆蓋率為一、二級(jí)時(shí)，該行政區(qū)能進(jìn)行比較好的監(jiān)測(cè);覆蓋率為三級(jí)時(shí)，由于區(qū)域內(nèi)大面積影像缺失，監(jiān)測(cè)效力顯著下降。

逐月統(tǒng)計(jì)各等級(jí)影像覆蓋率的行政區(qū)個(gè)數(shù)，得出各等級(jí)覆蓋率情況表（見表5）。

從表5可以看出，一、二級(jí)覆蓋率占比接近60%以及超過(guò)60%的月份有8個(gè)。

取表5中“一、二級(jí)覆蓋率占比率”與“影像覆蓋面積占全省面積比”，計(jì)算二者相關(guān)程度，得出皮爾遜相關(guān)系數(shù)r=0.990 447 432，表明二者相關(guān)程度非常高;同時(shí)，計(jì)算出二者回歸于y=0.8 727x+0.1 212直線方程（見圖2），利用方程可建立數(shù)學(xué)模型用于指導(dǎo)衛(wèi)星監(jiān)測(cè)工作，如：要求在2021年12月監(jiān)測(cè)面積占全省總面積的80%，通過(guò)模型可算出，完成目標(biāo)工作至少需95個(gè)行政區(qū)的影像覆蓋率超過(guò)70%。

3.2 各行政區(qū)正射影像覆蓋特征

以各行政區(qū)面積為區(qū)分指標(biāo)，統(tǒng)計(jì)各行政區(qū)12個(gè)月影像平均覆蓋率、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差，制作散點(diǎn)圖（見圖3）。

散點(diǎn)圖顯示，As≥70%的行政區(qū)共計(jì)41個(gè);60%≤As<70%，共計(jì)43個(gè)行政區(qū)（面積多小于400萬(wàn)畝）;考慮到存在2個(gè)月覆蓋率異常低值產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)負(fù)面影響，仍然可以認(rèn)定此84個(gè)行政區(qū)得到較好的監(jiān)測(cè)（見圖4a）。ms普遍≥70%，共計(jì)92個(gè)行政區(qū)（面積多小于400萬(wàn)畝），這些行政區(qū)半數(shù)以上的月份影像覆蓋率達(dá)到二級(jí)及以上（見圖4b）。σs在行政區(qū)面積的表現(xiàn)上無(wú)明顯差異，集中于0.3～0.5，影像覆蓋率穩(wěn)定性表現(xiàn)較差，波動(dòng)較大，且情況較為普遍。

直覺上來(lái)講，面積小的行政區(qū)越容易實(shí)現(xiàn)正射影像的高覆蓋率，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)同樣支持此結(jié)果;同時(shí)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果也顯示具備較好監(jiān)測(cè)條件的行政區(qū)面積多在400萬(wàn)畝以下;在以后類似衛(wèi)星監(jiān)測(cè)工作開展可行性評(píng)估時(shí)，可嘗試將“面積小于400萬(wàn)畝”做為一項(xiàng)參考指標(biāo)。

統(tǒng)計(jì)各行政區(qū)正射影像平均覆蓋率以及一、二級(jí)覆蓋率月份個(gè)數(shù)，制作空間分布圖（見圖5）。覆蓋率在空間位置上存在如下特征：

（1）湘北地區(qū)要好于湘南，湘東地區(qū)要好于湘西;從圖5可看出代表影像覆蓋率從北往南、從東往西逐漸變小的趨勢(shì);

（2）覆蓋率高的地區(qū)集中于常德、益陽(yáng)、婁底、長(zhǎng)沙;而湘西州、張家界、懷化影像覆蓋率較差;這一點(diǎn)從各地級(jí)市影像平均覆蓋率和一、二級(jí)影像覆蓋月份個(gè)數(shù)（從各地級(jí)市的縣級(jí)行政區(qū)統(tǒng)計(jì)而來(lái)）也能得到驗(yàn)證（見圖6）;

3.3 異常覆蓋率特征

不同于2020年7月，2020年10月及2021年4月是在月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)工作步入正軌后出現(xiàn)覆蓋率異常低值，造成覆蓋率低的原因是天氣惡劣，不利于衛(wèi)星拍攝。統(tǒng)計(jì)特殊月份內(nèi)各行政區(qū)影像覆蓋率，制作了特殊月份影像覆蓋率特征圖（見圖7）;對(duì)比二者，影像覆蓋率在天氣普遍多云多雨的月份，在不同空間位置呈現(xiàn)如下特征：

（1）湘南地區(qū)覆蓋率整體低下，多接近零覆蓋。如：道縣、桂陽(yáng)縣、嘉禾縣、江華瑤族自治縣、藍(lán)山縣等。

（2）湘東南地區(qū)以及常德地區(qū)部分縣具備較好的影像覆蓋率。如：茶陵縣、桂東縣、汝城縣、炎陵縣、資興市、安鄉(xiāng)縣、鼎城區(qū)、漢壽縣。

（3）重點(diǎn)地區(qū)長(zhǎng)沙、株洲與湘潭核心區(qū)域影像覆蓋率極差，如：芙蓉區(qū)、岳麓區(qū)、荷塘區(qū)、蘆淞區(qū)、石峰區(qū)、天元區(qū)、雨湖區(qū)、岳塘區(qū)等。

以上特征表明，在天氣多云多雨的月份、影像難以獲取的時(shí)間段，湘南地區(qū)以及長(zhǎng)株潭核心區(qū)域需重點(diǎn)關(guān)注，提前采取相應(yīng)的措施，方能確保該月月度執(zhí)法工作無(wú)虞;而湘東南或常德地區(qū)，只需針對(duì)性對(duì)局部地區(qū)進(jìn)行調(diào)查或干預(yù)，便能很好完成工作任務(wù)。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)逐月對(duì)全省覆蓋率平均值、中位數(shù)等指標(biāo)分析，除去因獲取不到影像特殊時(shí)期，湖南省月度衛(wèi)片監(jiān)測(cè)從2020年第三季度開始逐漸步入正軌，整體上具備70%以上的平均覆蓋率，半數(shù)以上的行政區(qū)有8個(gè)月的覆蓋率平均值接近或超過(guò)90%。同時(shí)，環(huán)比分析表明：上半年的影像覆蓋率高于下半年，下半年影像的收集需要加強(qiáng)。盡管不同月份，各行政區(qū)影像覆蓋率存在一定的差異及波動(dòng)，但整體上仍能有效地落實(shí)“月發(fā)現(xiàn)、月預(yù)警、月處置”工作職能。

（2）“一、二級(jí)覆蓋率占比率x”與“影像覆蓋面積占全省面積比y”可建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行相互預(yù)測(cè)，該模型用直線方程y=0.8 727x+0.1 212進(jìn)行描述。

（3）在統(tǒng)計(jì)周期的12個(gè)月內(nèi)，有84個(gè)行政區(qū)具備較好的影像覆蓋率，同時(shí)半數(shù)以上的月份影像覆蓋率超70%，但影像各個(gè)月份覆蓋不穩(wěn)定;各行政區(qū)覆蓋率在空間位置上存在“北高南低、東高西低”的特征;覆蓋率高的行政區(qū)集中于常德、益陽(yáng)、婁底、長(zhǎng)沙;而湘西州、張家界、懷化影像覆蓋率較差。

（4）在后續(xù)的工作，需對(duì)覆蓋率較差的地區(qū)采取針對(duì)性措施;且在多云多雨、影像難以獲取的特殊月份，湘南地區(qū)以及長(zhǎng)株潭核心區(qū)域需提前部署，采取相應(yīng)的措施，才能確保月度執(zhí)法工作順利開展。

參考文獻(xiàn)/References

[1]喬思偉.自然資源部法規(guī)司司長(zhǎng)魏莉華：全力推進(jìn)自然資源法治建設(shè)[J].資源導(dǎo)刊，2018，11：10-11.

[2]湖南省國(guó)土資源廳、湖南省發(fā)展和改革委員會(huì)、湖南省財(cái)政廳.湖南省遙感影像數(shù)據(jù)統(tǒng)籌共享管理辦法[E].2018-10-15.